棉花收獲期棉絮分離力的試驗研究

李勇，張宏文，楊濤

（石河子大學機械電氣工程學院，石河子832003）

棉花收獲期棉絮分離力的試驗研究

李勇，張宏文，楊濤

（石河子大學機械電氣工程學院，石河子832003）

為了揭示棉花收獲期棉絮分離力的狀況，利用傳感器計算機終端數據采集系統對新疆寬窄行種植模式下種植的棉花進行棉絮分離力的試驗。結果表明：在早中晚三個時間段，隨著棉花地溫度與濕度的變化；棉絮含水率、棉絮分離力呈規律性的變化；在棉花成熟期選取最佳的棉花采收時間段進行棉花采收，有益于提高采凈率及其棉花質量。

棉絮；纖維強度；含水率

棉花是一種重要的經濟作物，對國民經濟、人民生活、國防等都具有重要作用［1］。新疆是我國最大的優質棉種植區，經數十年的努力推廣，已經實現了大面積66cm＋10cm的適應機采棉的種植模式，并以其先進的植棉技術和產業優勢，在全國棉花主產區占有重要地位，而且新疆是最有條件率先實現棉花生產全程機械化的地區［2－4］。

在棉花收獲機械的設計中，不論把棉花當作機器工作過程的介質，或視作工作部件的加工對象，對棉花的物理機械特性進行詳細的研究都是正確設計棉花收獲機械的必要條件，是機采棉花的理論依據［5］。通過對棉絮分離力的試驗研究，其結果能為棉花收獲機械的設計提供理論依據，也能為棉花的適時性采收予以指導性作用［6－7］。

棉絮分離力是指將棉絮與鈴殼分離所需的最小力，其大小反映棉絮與鈴殼的連接強度，也直接影響到機采棉的難易程度。因此，研究在不同的棉花采摘時間段空氣溫度、濕度變化對棉絮含水率的影響情況以及棉絮含水率與分離力的關系，能為選取最佳的棉花采摘期進行棉花的采摘起到指導性的作用。

1 材料、儀器與方法

1.1 材料

本試驗選用石河子總場七分場六連種植的棉花，品種為中棉293（此品種棉花種植面積占石總場七分場棉花種植面積的70%以上）；試驗棉田采用66cm＋10cm的寬窄行種植模式（適應機械化棉花收獲），于2010年4月28號播種，9月15號噴灑脫葉劑，10月2日至10月6日采樣進行測試，采樣時棉花吐絮率大于96%，脫葉率大于98%。于10月8日進行棉花采收，籽棉產量約5100kg／hm2。

1.2 儀器

德國賽多利斯MA系列MA45電子精量天平（水分快速測試儀，量程45～145g，精度±0.001 g），香港?，擜R847數顯式溫濕度測試儀（溫度：量程－10℃～50℃，精度±0.1℃；濕度：量程5.0%RH～98%RH，精度±3%RH），GDE－500電動單柱式立式機臺（有效行程≤400mm，無級調速0～500 mm／min），HF－5推拉力計（量程5N，精度±0.001 N），計算機終端數據采集系統。

1.3 方法

樣品的選取參照我國農業行業標準NY／T 1133－2006［8］規定進行。田間測試方法為：通過地塊長寬邊中點向對邊的中點連十字線，將地塊劃成4塊，隨機選對角的2塊作為檢測點。沿檢測地塊的對角線，從地角算起以1／4、3／4點處為測點，再加上2個檢測地塊的交點，確定出5個檢測點的位置。試驗時間為10月2日至10月6日，分別于上午（9：00），中午（13：00），下午（19：00）各采樣一次，在每個檢測點選取株高45～55cm的成熟棉鈴5個，并記錄采樣時棉田的溫度和濕度，采樣后即進行棉絮分離力的試驗，以避免棉花含水率因時間過長而改變。

1.3.1 棉絮含水率的測定

棉絮含水率采用干燥法測定，參照GB／T 6102.1－2006［9］規定進行。具體方法為：測定含水率時，用尖彎嘴鑷子將棉絮展平，并剝除棉籽，將去除棉籽后的棉絮放入MA45水分測試儀中；讀取并記錄烘干前試樣的質量，準確至0.001g。設定水分測試儀以（105±3）℃對棉絮進行烘干，當烘干完成后，儀器會自動停止加熱并發出提示音，此時讀取并記錄烘干后試樣的質量。棉絮含水量的計算公式為：

W＝（G－Go）／G×100%， （1）式（1）中：W 為所測棉絮的含水率，%；G為試樣烘干前的質量，g；Go試樣烘干后的質量，g。

1.3.2 棉絮分離力的測定

測試時，通過機臺的臺鉗將棉柄垂直夾持在機臺的臺盤上，棉絮夾持在推拉力計的測試端，然后調整棉柄在臺盤上的夾持位置，使棉柄、棉絮夾持點以及推拉力計的測試桿處于同一垂直線上。試驗中電動機臺以10mm／s的速度將棉絮與鈴殼分離，通過HF－5推拉力計的計算機終端數據采集系統進行分離力變化曲線及其相關統計數據的采集。試驗中分別測試棉絮與鈴殼的分離力和此瓣棉絮被扯斷時的分離力。

2 結果與分析

按上述方法進行試驗，試驗結果見表1。

表1 棉絮分離試驗結果Tab.1Experimental results of batt and fibber＇s detaching force

2.1 空氣中溫度與濕度變化的關系

隨著時間的變化，空氣中溫度與濕度的變化情況及其相互關系見圖1。

從圖1可見：13：00～17：00為棉田一天中溫度較高而濕度較低的時間段?？諝庵袦囟扰c濕度的變化明顯成互反關系，即空氣的濕度隨著溫度的長升會下降；而伴隨著空氣溫度的下降，空氣的濕度會相應的上升。一天中9：00～13：00與17：00至21：00這兩個時段，空氣溫濕度的變化非常明顯；在13：00～17：00這個時間段內空氣的溫度達到一天中的最高值，濕度達到一天中的最低值，而且溫度與濕度的變動幅度較小。

圖1 濕度、溫度的變化Fig.1Trends of temperature and water content

2.2 棉絮分離力與含水率

棉絮與鈴殼的分離力、棉絮扯斷力以及棉絮含水率之間的關系見圖2。

圖2中棉絮與鈴殼分離力和含水率的線性回歸模型及和相關系數為：

y＝0.753－0.023x，p＝0.223；

圖2中棉絮扯斷力和含水率的線性回歸模型和相關系數為：

y＝1.34－0.0207x，p＝0.225。

由上述回歸模型分析可知：隨著棉絮含水率的增加，棉絮與鈴殼的分離力和棉絮扯斷力的變化均成減小趨勢。而棉絮扯斷力的變化相對較小。

圖2 棉絮分離力與含水率的關系Fig.2Relations between detaching force and water content

2.3 棉絮含水率

棉絮含水率的變化情況見圖3。

由圖3結合空氣溫度與濕度在一天內的變化情況分析可知，早晨空氣溫度較低、濕度較高，棉絮含水率相對較高；而在中午，伴隨著空氣溫度的升高，空氣的濕度明顯降低，棉絮含水率較低；而在傍晚，空氣溫度降低，濕度升高，棉絮的含水率有所回升。棉絮含水率在一天之中總體呈現早晚較高，而中午較低的變化趨勢。

圖3 棉絮含水率Fig.3Fiber＇s water contents of cotton

2.4 棉絮分離力

棉絮分離力的變化情況如圖4和圖5所示，結合早、中、晚棉絮含水率的變化情況對棉絮分離力的變化進行分析可知：棉絮含水率對棉絮與鈴殼間分離力的影響顯著；棉絮扯斷力同棉絮與鈴殼間分離力總體均成早晚較低，而中午較高的變化趨勢，但是棉絮扯斷力早、中、晚三個時間段變化的幅度相對較小。

圖4 棉絮與鈴殼分離力變化Fig.4Trends of batt＇s detaching force

圖5 棉絮扯斷力變化Fig.5Trends of fibber＇s detaching force

3 結論

試驗結果與分析表明：

早晨與下午空氣溫度相對較低，中午空氣溫度相對較高，而空氣濕度則成相反趨勢變化，即早晨與下午空氣濕度較高，中午相對較低。

空氣溫濕度對棉絮含水率的變化影響顯著，棉絮含水率隨空氣濕度的升高明顯升高，而同空氣溫度成相反趨勢變化。棉絮含水率對棉絮與鈴殼間的分離力影響顯著，即隨著棉絮含水率的降低，棉絮與鈴殼間的分離力會升高，所以選取溫度較低、濕度較高的時間段內進行棉花的機械化收獲能夠降低采棉機的功耗。

在同一天之中采樣，將棉絮扯斷力與棉絮分離力進行比較，棉絮扯斷力與棉絮分離力成相同趨勢變化，而棉絮扯斷力的變化幅度相對較小，所以選取溫度較低、濕度較高的時間段進行棉花的機械化收獲亦能提高棉花采凈率。

［1］張獻龍.棉花生物技術研究概況［J］.武漢植物學研究，1999，17（4）：362－370.

［2］葉偉.膠棒滾筒式采棉機摘輥采摘機理的研究［D］.石河子：石河子大學，2010：8－9.

［3］黃勇.對新疆機采棉技術的探討［J］.中國棉花，2005，32（10）：9－11.

［4］David D M，Clarence D R.The effect of harvesting procedures on fiber and yarn quality of ultra－narrow－row cotton［J］.The Journal of Cotton Science，2005（9）：15－26.

［5］中國科學院農業機械化研究所編譯.棉花收獲機械譯文集［M］.北京：機械工業出版社，1960：18－19.

［6］畢新勝，王維新，武傳宇，等.采棉機水平摘錠的工作原理及采摘力學分析［J］.石河子大學學報：自然科學版，2007，25（6）：786－789.

［7］張宏文，康敏，傅秀清，等.膠棒滾筒棉花采摘頭的設計與試驗［J］.農業工程學報，2011，27（2）：109－113.

［8］全國農業機械標準化技術委員會農業機械化分技術委員會.NY／T 1133－2006采棉機作業質量［S］.北京：中國農業出版社，2006.

［9］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB／T6102.1－2006原棉回潮率試驗方法［S］.北京：中國標準出版社，2006.

Batt and Fibber's Detaching Force during Cotton Harvest－time

LI Yong，ZHANG Hongwen，YANG Tao
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Shihezi University，Shihezi 832003，China）

In order to reveal the trends and influencing factors of batt and fibber's detaching force of cracked cotton bolls in harvest－time，a test was done under sensor－computer data collection system to the cotton which planted under ultra－narrow row planting style of Xingjiang.The result suggested the detaching force varied significantly with the water content of cotton，and water content varied with temperature，air humidity and periods of time.So it is beneficially to improve harvesting quality while choose the correct periods of time to harvest cotton.

batt；fiber strength；water content

S511.01；Q789

A

1007－7383（2011）05－0633－04

2011－01－29

國家自然科學基金項目（50865011）

李勇（1985－），男，碩士研究生，專業方向為現代機械設計；e－mail：liyong＿lee＠yeah.net。

張宏文（1969－），男，副教授，從事農業機械設計及機械系統仿真；e－mail：zhw＿mac＠shzu.edu.cn。